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摘 要:本文结合化学学科教学的特点,阐述了类比方法的一般特征、逻辑表述、推理程序、局限性,理论联系实际,从多方面、多角度表述了类比方法在化学教学中的实际应用。
关键词:化学教学 类比方法 应用
中图分类号:G633.8文献标识码:A 文章编号:1673-1875(2009)13-087-01
类比是一种逻辑推理方法。类比就是指从两个或两类事物之间的相似关系出发,根据对其中一方的特征和规律的认识区猜测另一方的特征和规律。类比方法通过已有知识去掌握新的知识,减少或省去繁琐的理论推证过程。在化学教学中应用类比方法能灵活地提高教学质量,往往起到事半功倍的效果。
一、类比方法的一般特征和逻辑表述
(一)类比方法的一般特征
类比是在两个或两类对象之间具有一定的相似关系进行下去,因此它是一种从特殊到特殊的推理方法。黑格尔认为类比是理性的本能。认知心理学已证实,人们似乎要倾向于通过类比和经验来推理,借助类比思维,可以将过去成功的经验最大限度地转换成为解决新问题的知识。由于化学理论或现象之间存在着同一性,因而能从化学理论或现象之间的某些相似、相同或联系的属性,推测出它们在其他方面也有相似、相同或联系的属性。
(二)类比方法的逻辑表述
逻辑语言可将类比方法定义表述为:若对象A具有K,L,M,N属性或关系,B对象具有K’,L’,M’属性,并且K’,L’,M’与K,L,M有相似相同属性,则B对象也可能具有与N相似或相同的属性。
二、类比方法的推理程序
如何判断两个事物之间的相似性,应用类比方法的推理程序过程大约概括为问题→自觉和想象→比较→结论验证→类比修正或更高层次的重复,简单表述为三个阶段:(1)想象、自觉与提出问题。类比的目的是寻找问题,探求科学发现,而科学发现的起点是问题。类比不是纯逻辑的思维,它是一种灵活多变的思维方法,经常包含联想、猜测思维,以致提出问题。(2)比较与分析。将两个事物的内外特征和事物因果联系等方面进行比较分析,寻找两个类比事物的相似或联系属性。(3)评估与修改。类比推论的结论存在偶然性,所以还需要在实践中进一步检验、补充和修改。
三、常见类比方法及其应用
(一)形象类比
形象类比是指以已有的知识为基础,运用联想和比喻将抽象的问题通过具体形象表述出来。例如在讲述离子键和共价键的形成时,通过比较原子间得失电子与共用电子的原因问题,从而得出离子键是通过原子得失电子后所形成的阴、阳离子间的静电作用形成,而共价键是通过原子间的共用电子对形式形成的。再如物质的量定义同样是一个抽象的问题,我们可将每1mol微粒所含有的相应微粒个数类比于每打鸡蛋有12个鸡蛋的生活常识。应用形象类比,采取形象的语言和例子将抽象的问题形象化,确实有利于化学概念的理解。
(二)结构类比
结构类比是指寻找已知问题和未知问题结构上的相似性,然后通过适当的代换将未知问题转化为类比的问题。结构类比方法常常具有提供线索,启发思路的作用,借助某种范例而起到举一反三的作用。
(三)等效类比
等效类比是指根据A对象和B对象某方面的等效性,推导出两对象在其他方面也有等效性。例如在学习化学平衡知识内容之后,学生基本已经掌握在可逆反应FeCl3+6KSCN 3KCl
+K3[Fe(SCN)6] 中,增大生成物的浓度(如KCl或K3[Fe(SCN)6]浓度)可使化学平衡状态向逆方向移动。在讲述离子浓度对氨水的电离式子NH3.H2O NH4++OH-移动方向影响时,可以借助溶液浓度对化学平衡移动方向影响的原理,根据离子浓度等效于溶液浓度的特点,将离子浓度类比于生成物的浓度,从而得到增大离子浓度(如NH4+或OH-浓度)可使电离平衡向逆方向移动的结果。等效类比方法常常可使复杂问题简单化,有利于学生克服定势思维,容易产生知识迁移意识。
(四)对称类比
对称类比是指根据A和B两对象在总体上是对称的,推出B对象可能存在与A对象相似的某些属性。例如已知氯原子核外最外层已有七个电子,具有很强的氧化性,能活泼地与其它金属、水等反应,根据其它氟、溴、碘等原子核外最外层也已有七个电子,从而推导出它们能活泼地与其它金属、水等反应。再如可逆反应2NO+O2 2NO2化学平衡是指正、逆反应速率相等的状态,即单位时间内正反应消耗NO的分子数目与逆反应生成NO的分子数目相等。根据CH3COOH电离也是一个可逆过程,可以推导出CH3COOH电离平衡状态就是指单位时间内CH3COOH被消耗的分子数目与CH3COOH被合成的分子数目相等,正、逆两个方向的速率相等的电离状态。对称类比方法不止应用简易,通俗易懂,还可以使学生原有知识结构得到补充、改造和逐步完善,开阔学生的知识视野,提高思维的创造性。
四、类比方法的局限性
类比方法是根据A、B两个事物某方面的相似或相同的属性而推导出它们在其他方面也有相似或相同的属性,但物质的属性有些是固有属性,有些是偶然属性。那么A、B不是两个完全相同的对象,有时从A、B两个对象某方面相似或相同的属性并不一定能得出它们在其他属性上也有相似或相同的属性,这也就是要求在类比过程中多比较对象属性的差异性。比如已知钠原子核外最外层只有一个电子,在空气中很容易燃烧生成过氧化钠(Na2O2)固体。若根据其它碱金属锂、钾等原子核外最外层也只有一个电子的性质,推到出它们在空气中燃烧也是生成过氧化物则是错误的。因为碱金属原子外层电子层数不同所导致的化学性质方面的差异性是存在的。实际上在空气中燃烧锂、钾分别是生成氧化锂(Li2O)和超氧化钾(KO2),而不是过氧化物。又如早在19世纪初化学家根据化学反应方程式:4KClO33KClO4+KCl,已经能顺利制得高氯酸、高碘酸(盐),而用溴酸钾在无催化剂的条件下加热却无法制得高溴酸钾。后来在1968年,化学家改变了思维方法,运用XeF2与NaBrO3溶液反应终于首次制得了高溴酸盐NaBrO4。在探讨前面实验失败原因时,发现KBrO4的分解温度为270℃,而KBrO3的分解温度为390℃,即KBrO4的热稳定性明显低于KBrO3的热稳定性,所以当KBrO3受热分解形成KBrO4的同时,KBrO4自身又被分解而无法稳定存在。
总之,类比方法在化学教学中的作用是显著的,形式类别是多样的。我们在广泛应用类比方法进行化学教学的过程中要注意类比对象属性的差异性,避免知识的负迁移,从而更好地提高教学的成效。
参考文献:
[1]李玉兰.类比推理的机制与功能[J].武汉大学学报,1995(3).
[2]牛与强.类比方法及其应用[J].安阳大学学报,2004(3).
[3]吴振国.常见类比方法例谈[J].黑河教育,2005(4).
关键词:化学教学 类比方法 应用
中图分类号:G633.8文献标识码:A 文章编号:1673-1875(2009)13-087-01
类比是一种逻辑推理方法。类比就是指从两个或两类事物之间的相似关系出发,根据对其中一方的特征和规律的认识区猜测另一方的特征和规律。类比方法通过已有知识去掌握新的知识,减少或省去繁琐的理论推证过程。在化学教学中应用类比方法能灵活地提高教学质量,往往起到事半功倍的效果。
一、类比方法的一般特征和逻辑表述
(一)类比方法的一般特征
类比是在两个或两类对象之间具有一定的相似关系进行下去,因此它是一种从特殊到特殊的推理方法。黑格尔认为类比是理性的本能。认知心理学已证实,人们似乎要倾向于通过类比和经验来推理,借助类比思维,可以将过去成功的经验最大限度地转换成为解决新问题的知识。由于化学理论或现象之间存在着同一性,因而能从化学理论或现象之间的某些相似、相同或联系的属性,推测出它们在其他方面也有相似、相同或联系的属性。
(二)类比方法的逻辑表述
逻辑语言可将类比方法定义表述为:若对象A具有K,L,M,N属性或关系,B对象具有K’,L’,M’属性,并且K’,L’,M’与K,L,M有相似相同属性,则B对象也可能具有与N相似或相同的属性。
二、类比方法的推理程序
如何判断两个事物之间的相似性,应用类比方法的推理程序过程大约概括为问题→自觉和想象→比较→结论验证→类比修正或更高层次的重复,简单表述为三个阶段:(1)想象、自觉与提出问题。类比的目的是寻找问题,探求科学发现,而科学发现的起点是问题。类比不是纯逻辑的思维,它是一种灵活多变的思维方法,经常包含联想、猜测思维,以致提出问题。(2)比较与分析。将两个事物的内外特征和事物因果联系等方面进行比较分析,寻找两个类比事物的相似或联系属性。(3)评估与修改。类比推论的结论存在偶然性,所以还需要在实践中进一步检验、补充和修改。
三、常见类比方法及其应用
(一)形象类比
形象类比是指以已有的知识为基础,运用联想和比喻将抽象的问题通过具体形象表述出来。例如在讲述离子键和共价键的形成时,通过比较原子间得失电子与共用电子的原因问题,从而得出离子键是通过原子得失电子后所形成的阴、阳离子间的静电作用形成,而共价键是通过原子间的共用电子对形式形成的。再如物质的量定义同样是一个抽象的问题,我们可将每1mol微粒所含有的相应微粒个数类比于每打鸡蛋有12个鸡蛋的生活常识。应用形象类比,采取形象的语言和例子将抽象的问题形象化,确实有利于化学概念的理解。
(二)结构类比
结构类比是指寻找已知问题和未知问题结构上的相似性,然后通过适当的代换将未知问题转化为类比的问题。结构类比方法常常具有提供线索,启发思路的作用,借助某种范例而起到举一反三的作用。
(三)等效类比
等效类比是指根据A对象和B对象某方面的等效性,推导出两对象在其他方面也有等效性。例如在学习化学平衡知识内容之后,学生基本已经掌握在可逆反应FeCl3+6KSCN 3KCl
+K3[Fe(SCN)6] 中,增大生成物的浓度(如KCl或K3[Fe(SCN)6]浓度)可使化学平衡状态向逆方向移动。在讲述离子浓度对氨水的电离式子NH3.H2O NH4++OH-移动方向影响时,可以借助溶液浓度对化学平衡移动方向影响的原理,根据离子浓度等效于溶液浓度的特点,将离子浓度类比于生成物的浓度,从而得到增大离子浓度(如NH4+或OH-浓度)可使电离平衡向逆方向移动的结果。等效类比方法常常可使复杂问题简单化,有利于学生克服定势思维,容易产生知识迁移意识。
(四)对称类比
对称类比是指根据A和B两对象在总体上是对称的,推出B对象可能存在与A对象相似的某些属性。例如已知氯原子核外最外层已有七个电子,具有很强的氧化性,能活泼地与其它金属、水等反应,根据其它氟、溴、碘等原子核外最外层也已有七个电子,从而推导出它们能活泼地与其它金属、水等反应。再如可逆反应2NO+O2 2NO2化学平衡是指正、逆反应速率相等的状态,即单位时间内正反应消耗NO的分子数目与逆反应生成NO的分子数目相等。根据CH3COOH电离也是一个可逆过程,可以推导出CH3COOH电离平衡状态就是指单位时间内CH3COOH被消耗的分子数目与CH3COOH被合成的分子数目相等,正、逆两个方向的速率相等的电离状态。对称类比方法不止应用简易,通俗易懂,还可以使学生原有知识结构得到补充、改造和逐步完善,开阔学生的知识视野,提高思维的创造性。
四、类比方法的局限性
类比方法是根据A、B两个事物某方面的相似或相同的属性而推导出它们在其他方面也有相似或相同的属性,但物质的属性有些是固有属性,有些是偶然属性。那么A、B不是两个完全相同的对象,有时从A、B两个对象某方面相似或相同的属性并不一定能得出它们在其他属性上也有相似或相同的属性,这也就是要求在类比过程中多比较对象属性的差异性。比如已知钠原子核外最外层只有一个电子,在空气中很容易燃烧生成过氧化钠(Na2O2)固体。若根据其它碱金属锂、钾等原子核外最外层也只有一个电子的性质,推到出它们在空气中燃烧也是生成过氧化物则是错误的。因为碱金属原子外层电子层数不同所导致的化学性质方面的差异性是存在的。实际上在空气中燃烧锂、钾分别是生成氧化锂(Li2O)和超氧化钾(KO2),而不是过氧化物。又如早在19世纪初化学家根据化学反应方程式:4KClO33KClO4+KCl,已经能顺利制得高氯酸、高碘酸(盐),而用溴酸钾在无催化剂的条件下加热却无法制得高溴酸钾。后来在1968年,化学家改变了思维方法,运用XeF2与NaBrO3溶液反应终于首次制得了高溴酸盐NaBrO4。在探讨前面实验失败原因时,发现KBrO4的分解温度为270℃,而KBrO3的分解温度为390℃,即KBrO4的热稳定性明显低于KBrO3的热稳定性,所以当KBrO3受热分解形成KBrO4的同时,KBrO4自身又被分解而无法稳定存在。
总之,类比方法在化学教学中的作用是显著的,形式类别是多样的。我们在广泛应用类比方法进行化学教学的过程中要注意类比对象属性的差异性,避免知识的负迁移,从而更好地提高教学的成效。
参考文献:
[1]李玉兰.类比推理的机制与功能[J].武汉大学学报,1995(3).
[2]牛与强.类比方法及其应用[J].安阳大学学报,2004(3).
[3]吴振国.常见类比方法例谈[J].黑河教育,2005(4).